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气溶胶传播病毒、阳性楼串和隐匿传播

已有 761 次阅读 2022-5-21 15:30 |个人分类:新冠病毒|系统分类:科研笔记

气溶胶传播病毒、阳性楼串和隐匿传播

上海这波疫情进入了收尾阶段。但令人困惑的问题仍然是,奥密克戎是怎样隐匿传播的,因此封闭小区里时常还有新阳楼出现?解封后外出时应当注意什么?

小区居民曾讨论几次,大家都同意:在原来没有病人的楼房内出现新病人,病毒一定是外来的。于是有几种可能性:

(1)   出楼到小区检测核酸时因操作不当,或接近无症状病人时发生交叉感染;

(2)   网购/团购送货员和货物可能带毒;

(3)   小区物业和志愿者,负责垃圾收运和小区门口货物消杀及搬运到楼门人员,可能偶尔带病毒;

(4)   有少数因工作关系必须经常出入小区的居民带回病毒。

(5)   风吹染病毒气溶胶传播,如小区围墙内外垃圾房里有染病毒灰尘、小区生化池可能有风干染病毒气溶胶、已有病人楼房门窗逸出气溶胶等。4月10日前后,还曾有研究团队对部分小区内病人楼房分布作图,认为有“阳性楼串”现象,是风吹气溶胶传播的后果。

因为曾从事大气环境教学工作,在雾霾/PM2.5(即气溶胶)方面化过功夫。我认为染毒气溶胶在室内或室外近距离传播是一定存在的,而且飞沫中细小液滴原本就是气溶胶。但染病毒气溶胶在室外传播较远距离的可能性极小,因此经常和朋友争论。这里就说说我对染毒气溶胶传播问题的认识。

上一篇博文我批评媒体把英文“Infection”翻译成“传播”的错误,也和这个问题相关(https://blog.sciencenet.cn/blog-609047-1338266.html)。英文词Infection是“传染”或“感染”,不是“传播”。“传播”的英文词是transmission 或transportation。虽然只是一个单词的翻译问题,但是其差别却很重要。病毒可以具有活性但不是活体,不能自行传送到别的人体,更不能自行输送到远距离。新冠疫情的扩散高发是由“传播”和“感染”两个过程结合起来形成的,“感染”是病毒的特性,例如因为变异,奥密克戎的感染能力增强了许多。包括侵害人体的部位从肺部退回到上呼吸道,症状减轻,潜伏期变短,容易侵入人体细胞,病人说话或咳嗽从口鼻发出的病毒量可能大量增加等。但“传播”却不是病毒的特性。在被传播的问题上和德尔塔或最早的COVID-19没有大区别,甚至在物体表面病毒保持活性的时长也没有看到不同的报告。因此奥密克戎的传染形式主要还是近距离飞沫和接触感染,公共室内场所里有气溶胶传播感染和接触感染。

奥密克戎怎样会被高效地隐匿传播,是因为气溶胶吗?

气溶胶的定义是很细小的液滴、胶体或固体。常用标准是2.5微米,即尺度小于等于2.5微米(PM2.5)都可以称为气溶胶,包括病人咳嗽的细小飞沫。气溶胶在空中会受到地球吸引力(重力)作用而下降,但下降时其表面会和空气摩擦受到阻力。因为其细小,比表面积大(单位质量的表面积),因此受到空气阻力可抵消受到的相当部分重力,从而气溶胶可以在空气中“漂浮”较长时间。因此在室内环境,如果有病人,染病毒的气溶胶可能在室内积累和传播,保持在空间的高浓度。如果不戴口罩,被传染的可能性就很高。

病人说话、咳嗽或哈气发出的细小液滴部分也是气溶胶,是“湿性”的。如果室内原本还有细小灰尘,飞沫就可能附着在固体气溶胶表面漂浮,随室内空气运动影响别的空间(如内循环的通风系统等)。一些湿性的气溶胶在漂浮中可能发生“凝并”,变成较大颗粒而沉降到地面。也可能遇到物体表面沾在上面,造成室内物件表面污染。当然病人和其他人通过手的触摸也会造成室内物体表面污染

室外气溶胶传播有两种情况:近距离和远距离。在病人附近不戴口罩停留或谈话,1~2米以内,被感染的概率相当高。因此去医院附近,或在小区里排队测核酸,应当注意戴好口罩。但对远距离,染病毒的气溶胶传播有两个重要因素和特征:污染源强度和随下风向扩散的三维分布。

污染源强度指载病毒气溶胶总量和持续时间。例如病人一声咳嗽或哈气,时长不过几秒钟,飞沫中细小部分很少。空气中PM2.5浓度本来不高,能附着多少,因此带了多少病毒?这是污染源强,但难以测量和估算。也许可以这样比拟:有位烟民正在过瘾,深吸了一口烟,随即一大口吐出。在他下风向附近5米之内可能闻到烟气,这是因为污染源强大。再远处,闻到的可能性就很小了,因为即使这样的污染源强,经过随后的大气扩散过程,到10米开外,浓度会大幅度降低。

小区居民还怀疑过垃圾房内可能有染毒垃圾,或者生化池干枯染毒积尘。风吹扬尘引起染毒气溶胶漂浮。这种“气溶胶化”的过程很难估计,强度不可能高,可能性很小。若要确认必须进行长期现场监测。

污染物大气扩散是个专业概念。意思是平时气象台报告的风速风向是个平均值,而且只是离地附近(高度约1.5米)水平方向的平均气流运动。实际上空气运动十分复杂,风速风向围绕平均值不断有随机变化,而且在垂直方向也不断有扰动。这些随机的变化和扰动使污染气团(或瞬时气流)在沿平均方向运动的同时在水平和垂直方向扩展(大气扩散)。这是三维的扩散过程,很有效。会迅速降低污染物浓度。


图1 污染气团(含气溶胶)沿下风向输送扩散过程

图1表示病人在一个地点咳嗽或吐气使病毒附着在气溶胶上随气团的输送扩散过程,水平方向的扩散影响会在下游如扇面展开。在垂直方向会发生类似过程,因此是个不断扩大的锥形空间。粗略估计和离病人1米以内被感染的风险比较,10米开外就会减小到1/1000以下。

“阳性楼串”现象佐证上海疫情爆发不是因为风吹气溶胶传播造成。

上海这波疫情的爆发是4月初到中旬,在高发时段有研究团队发现了“阳性楼串”现象。受罗济丝路公众号的启发并发文(设计师杂志2022-04-11),指为风吹传播病毒的佐证。https://xw.qq.com/amphtml/20220411A01FGG00

图2 “阳性楼串”现象(引自“罗济丝路”公众号)

此图展示的像是上海的中等规模小区,相当紧凑。有几个自行车棚,但没有明显的私家车停车场和小公园。基本上是多层板式住房。红点表示小区内有病人的楼门,颜色和深浅猜想指楼内出阳的先后次序和户数。为采阳光,板式楼房通常朝南。因此公众号文章说这是“南北相对的楼栋有成串感染的现象”。认为这是冬季多偏北风,南北相对的楼栋会因风吹而互相传染,因此形成“阳性楼串”。该团队专业属城市规划,得出这一看法很自然,发现问题并进行分析是件好事。但研究角度和结论是不对的,为此我曾发邮件给作者说明了意见。如果发生大气扩散类型的病毒传播过程,阳性楼的分布就不应当像图中展示小区的东西两侧有较均匀的“楼串”。按图1,应当是从较早的阳楼开始,呈扇形沿下风向(偏北风)分布

设计师杂志的文章更引用了我2020年科学网博文的图片,却没有说我的观点和结论。香港淘大花园是密集高楼群(33层),我的观点主要是(1)当地当时有许多巧合,因此可能造成了强大的污染源,(2)淘大花园几座楼房污染户数的分布和疫情开始到爆发的时间顺序,符合下方风向扇形扩散的特征。但杂志文章中完全没有介绍造成形成强大污染源的实情,也没有认识到大气扩散在下风向的分布特征。

图3 香港淘大花园2003年非典事件中疫情严重楼座分布

https://blog.sciencenet.cn/blog-609047-1227240.html

淘大花园内疫情最严重的部位是图3中的7幢高楼,楼旁数字是该楼发现病人的户数。E楼最早发现病人,一周左右之后疫情爆发,最严重的3天增加200病户。可以看出E楼作为污染源很强,但其下风向受影响高楼的发病户数展现了状似扇形扩散,并不支持楼串(线性关系)的说法。

但作者能从小区阳楼分布发现一些规律是件好事,我认为恰好佐证了上海当时疫情爆发不是因为气溶胶传播,而是病毒获得了快速隐匿传播的机会,加上奥密克戎增强的感染能力所导致。细看图2,除作者画的黑线外,这些阳楼完全可以通过小区道路串接。上海私家车十分普及,像图中小区,道路上必定也停满私家车。为方便出入,必须划定出入小区门和车行路线。楼和楼之间的串行,与其说被风吹,不如说人行、助动车行、私家车行,更加频繁和方便。例如送货员为了提高效率,1辆助动车能装载的包裹有限,骑行一次尽量送相邻楼房是个好的选择。特别是4月上旬,上海刚刚封管。有效地阻断了病毒向周围省市扩散的途径,在避免周围省市也爆发疫情方面非常成功。但本市居民没有准备好,这段时间里网购和团购活动突然进入高潮。当时对送货员的管理不严格,他们可以出入小区,可以穿行除过黄浦江外的各个街区。货物的选取、包装、运送都相当混乱,造成奥密克戎隐匿而快速传播的好机会。然而因此受到病人症状轻,却容易近距离引发家人和购物等聚集性传染,从而造成全上海的爆发性疫情。

这个问题很快得到了重视。4月中旬以后,个体送货活动基本停止。团购允许发起,但须由小区居委会认可。各区政府并根据情况组织发放居民急需的“礼包”。送到的货物规定卸载于小区门口,进行适当消杀。再由小区物业分送到各个楼门,再由楼内志愿者或业主分取(看是否要求足不出户)。但团购的货物多种多样,小区门口的消杀只是外包装,内里的货物还需要业主自己处理。因此还可能是严格封关小区再次出现新病人的原因之一。

结论:

1、  病毒的气溶胶传播问题常常引起疑惑。在病人附近,在室内和车厢内、大型车站、机场,医院、超市和会场等公共场所,当然有发生气溶胶传播和接触感染病毒的问题。因此一定要戴好口罩,注意肢体接触和勤洗手。回家要换外衣和认真洗手。

2、  但室外发生气溶胶传播受到感染的可能性微小。保持社交距离、避免聚集,根据情况戴口罩就可以了。

3、  气溶胶的发生需要一定条件,污水/垃圾可能干化,但要发生气溶胶化随空气流动,几乎是不可能的。香港淘大花园事件是个特例,那些巧合内地不可能发生。

4、  近距离飞沫和接触是病毒的主要传播方式,再因为奥密克戎强大的感染力,人传人得病的比例最高;但奥密克戎染病症状轻,物传人容易被忽视。在其隐匿传播方式中,物体表面接触传染可能占主要位置。因此在商场购物回家后,对买到的商品,需要根据情况适当处置;

5、  上海突发团购邮购潮中,因为送货员快速和持续宽广的活动范围,送货和货物带毒呈现了一种新的快速隐匿传播方式。

希望:尽量不要封闭空间范围较大的城市公园和广场。适当的体育活动是增强免疫力,放松紧张情绪的重要措施。




https://blog.sciencenet.cn/blog-609047-1339580.html

上一篇:请媒体注意,至少不要把国际文章的英文标题都翻译错了!

2 尤明庆 杨学祥

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